Des chercheurs de deux laboratoires du ministère américain de l’Énergie, le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) et le Laboratoire National d’Argonne, a étudié comment une combinaison de modules solaires, d’éoliennes et de batteries de stockage pourrait constituer un moyen rentable d’étendre les capacités de recherche au pôle Sud en réduisant considérablement les coûts. L’idée de supprimer le carburant diesel spécialement formulé pour résister au froid extrême survient alors que les scientifiques se tournent vers de futures expériences.
«L’énergie est une ressource très limitée au pôle Sud», explique Amy Bender, physicienne argonne responsable de l’infrastructure des systèmes actuels du télescope du pôle Sud.
Dans les stations de recherche de l’Antarctique, le diesel fournit presque toute l’énergie nécessaire. Le carburant est expédié vers l’Antarctique et transporté par avion ou par camion jusqu’au pôle Sud, une proposition coûteuse qui pourrait être considérablement réduite en utilisant l’énergie éolienne et solaire. Selon Bender, le Fondation nationale des sciences (NSF), qui gère les stations de recherche sur le continent, a surmonté « avec brio » le défi de l’approvisionnement en carburant, mais cela reste un défi.
La technologie fonctionnerait dans des conditions extrêmes
Bender, qui a passé l’équivalent d’un an au pôle Sud, réparti sur six étés, est l’auteur d’un article récemment publié examinant les aspects économiques et la viabilité de l’utilisation des énergies renouvelables là-bas. La NSF a publié les résultats d’un test à petite échelle de panneaux solaires en 2000, et le NREL cinq ans plus tard a examiné si les éoliennes fonctionneraient. Les deux technologies ont fonctionné avec succès dans des conditions extrêmes. La NSF a publié un projet de plan directeur pour la station du pôle Sud qui recommande de tester sur site les technologies actuelles d’énergie renouvelable afin de déterminer leur adéquation au site.
“Le pôle Sud est l’un des endroits les plus extrêmes de la planète”, déclare Ian Baring-Gould, responsable du déploiement de la technologie éolienne au NREL et co-auteur de la publication de recherche. « Technologiquement, nous sommes assez sûrs, sur la base des recherches que nous avons effectuées jusqu’à présent, que les turbines peuvent fonctionner à 70 degrés en dessous de zéro. Rien ne nous empêche de le faire. Évidemment, les gens ne le font pas régulièrement parce qu’ils n’y sont pas obligés. Il en va de même pour l’énergie solaire. “Les modules solaires ne fonctionnent généralement pas à -70 degrés car ils n’en ont pas besoin.”
Le gouvernement néo-zélandais a installé trois éoliennes en 2009, et l’électricité qu’elles génèrent alimente la base Scott dans ce pays et la station McMurdo aux États-Unis. McMurdo se trouve à environ 850 kilomètres au nord du pôle Sud et constitue le site d’atterrissage de tout le carburant qui finit par atteindre le pôle Sud.
Une fois les technologies testées dans des climats inférieurs à zéro, le test suivant concernait l’économie. Le coût du diesel « est beaucoup plus élevé aujourd’hui que dans cette étude de 2005 », explique Baring-Gould.
La nouvelle étude estime que le coût actualisé de l’énergie pour alimenter le pôle Sud s’élève à 4,09 dollars par kilowattheure (kWh) pour le diesel, contre 33 cents pour l’éolien et 23 cents pour le solaire.
À l’aide de l’outil d’intégration et d’optimisation des énergies renouvelables (REopt) développé par NREL, qui calcule la viabilité économique d’un projet renouvelable, les chercheurs ont déterminé que le scénario le moins coûteux pour fournir une puissance constante de 170 kW au nouvel équipement de recherche du pôle Sud consiste d’un système hybride comprenant six éoliennes, 180 kilowatts d’énergie solaire et 3,4 mégawattheures de stockage d’énergie par batterie. Cette combinaison réduit la consommation d’énergie diesel de 96 %, réduisant ainsi le besoin de transporter du carburant jusqu’au pôle Sud et les dommages environnementaux ultérieurs liés à la combustion de ce carburant dans un endroit aussi vierge. Sur 15 ans, les économies réalisées en utilisant moins de diesel s’élèveraient à 57 millions de dollars. L’investissement de 10 millions de dollars nécessaire à l’installation de technologies renouvelables pourrait être récupéré en deux ans environ, selon l’étude.
« Cela pourrait être un peu plus. C’est peut-être un peu moins, mais cela s’amortit rapidement en termes d’autre option consistant à brûler plus de carburant diesel pour répondre à cette demande d’énergie”, a déclaré Nate Blair, co-auteur du document et directeur de groupe à l’Accelerated Deployment and Centre de support. Décisions au NREL. À mesure que les stations de recherche se développent, a-t-il déclaré, « il n’est pas sûr que le système actuel puisse supporter de nombreuses charges supplémentaires ».
Rien ne s’oppose
L’analyse montrant que les énergies renouvelables fonctionneront au pôle Sud est la première étape.
“D’un point de vue technologique, il n’y a rien de vraiment compliqué qui nous empêche ou nous empêche de le faire”, déclare Baring-Gould, qui s’est rendu au pôle Sud à d’autres occasions pour aider la NSF à comprendre comment utiliser les énergies renouvelables pour réduire énergie générée par les combustibles fossiles. La conception et le placement des énergies renouvelables nécessiteront des travaux supplémentaires. Par exemple, les panneaux solaires doivent être conçus de manière à ne pas être enfouis dans les congères. Les fondations des éoliennes seront ancrées dans la glace, ce qui n’a jamais été tenté à cette échelle. “Nous pouvons le faire. Ce n’est pas le problème. Mais nous devons faire nos devoirs pour être sûrs de bien faire les choses et de réussir. Ce n’est pas du gâteau, mais rien ne l’arrête.
Outre les conditions météorologiques, la localisation du pôle Sud nécessite une approche différente de l’utilisation des énergies renouvelables. Le soleil, par exemple, n’éclaire la région que six mois de l’année et atteint pendant cette période une élévation maximale de 23,5 degrés au-dessus de l’horizon, ont noté les chercheurs. Ils ont proposé un panneau solaire qui place les modules verticalement pour minimiser l’accumulation de neige et avec les panneaux disposés en quatre sous-réseaux orientés vers les points cardinaux pour capter la quantité maximale d’énergie du soleil tournant au-dessus.
Les travaux doivent se poursuivre pour résoudre un éventuel problème lié au déploiement des éoliennes. Les turbines peuvent provoquer des interférences électromagnétiques dans certaines expériences à la station Amundsen-Scott Pôle Sud. Selon les chercheurs, une évaluation détaillée doit être réalisée et un plan d’atténuation élaboré.
Baring-Gould, qui décrit le pôle Sud comme un « endroit incroyablement beau », a déclaré que la nouvelle étude « réaffirme clairement que partout sur la planète où le diesel est utilisé, les énergies renouvelables doivent être considérées comme une option véritablement viable ». Il n’en sera pas toujours ainsi, mais il faut en tenir compte.»
